相控节电技术原理及其应用

相控节电技术原理及其应用

一、电动机节能的必要性与紧迫性

据第四届全国电机保护与电工节能技术会议的资料，全国目前在役电动机中，尚有 40000万KW的高能耗电动机（损耗占额定出力的10%-23%），其中50%又属于需要淘汰的高能耗产品；全国每年被烧毁电动机的数量在20万台次以上，因此而花费的修理费达20亿元左右，造成的停工停产损失高达百亿元。

电动机的节能有两方面的技术途径：一方面是进行电机本体结构设计的改进和新材料的采用，对老电机进行更新改造；另一方面是改进电动机运行的外部环境。

相控节电技术采用改善电动机外部运行环境实现动态电量管理，是与变频器互补的交流电机两大主流节电技术之一。

二、相控技术特点

相控技术采用闭环反馈系统进行优化控制，通过实时测量电动机的电压与电流波形，由于电动机为一感性负载，其电流与电压波形通常存在一相位差，该相位差的大小与其负载的大小有关。相控器将实际相位差与依据电动机特性的理想相位差进行比较，并依此来控制 SCR可控硅整流桥触发角以给电动机提供优化的电流和电压，以便及时调整输入电机的功率，实现“所供即所需”。

相控技术采用了可控硅半导体与集成芯片检测与控制触发系统来实现无触点开关功能，其检测和控制集成芯片的高速处理特性和 SCR的快速反应特点，使得相控器装置能自动处理各种工况下的电动机动态特性， 具有软启动、节能、优化运行及保护等特性：

图 1 基于相控技术的相控节电控制器


1、软启动特性

许多年来，全电压硬启动经常损坏电动机和设备，相控器能检测电动机的负荷与提供给电动机的功率，在不减少启动力矩的前提下，相控器仅提供给电动机启动过程中所需要的功率，且启动时间可在 0秒-30秒范围内根据需要设定,启动过程是平滑无级的。



图2给出了电动机的三种启动方式的启动电流的比较。可见，软启动可有效地降低电动机的启动电流，其启动电流仅为标准电机硬启动电流的50%，是高效电动机硬启动电流的20%。软启动的限流特性可有效限制浪涌电流，避免不必要的冲击力矩以及对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的误触发动作。对频繁启停的电动机，可有效控制电动机的温升，大大延长电动机的寿命。

2、节能特性：

交流感应电动机通常消耗的电能大于其实际需要的电能，特别是当其运行在欠载状态，该多余的电能以震动、发热、噪音和铁磁损耗等的形式耗散掉。相控技术的柔性化能量管理模式，在配

电系统和交流电机之间建立有效的电机能量监控方式，在轻载或空载状态下实时将电机的运行电流、电压和功率调低，实现节能运行的目的。

3、优化运行特性：

软启动及依据负荷来提供功率的特性，可有效提高电动机的效率、生产力和寿命，同时节省能源和费用。相控器能对单相和三相交流电动机进行极优控制，以满足优化安全运行模式。

相控器在设计上完全不同于传统的变频调速节能技术，它采用了电流电压矢量传感动态监控独特控制技术，不改变电机原有的一切运行特性，从而避免了变频器因调低速度而导致生产效率下降的弊端，填补了变频节能器所不能及的空白。

4、保护特性

自动扶梯和其他要求比较严格的应用场合，其相控器还配备了过流和缺相自动保护切入旁路运行的功能。

相控技术及相控器功能结构框图如下：



三、相控器产品系列

目前，国内市场上可供使用的相控器系列产品包括：负荷电流在 20A以下220V的单相电机、以及功率范围涉及.5HP,10HP,15HP,25HP,30HP,40HP,50HP,75HP,100HP,125HP,150HP,200HP,250HP,300HP,350HP,400HP等的380V/660V三相电机的节能需求。

相控器实现了“柔性电力”管理的理念，在配电网和用电负载之间提供了“柔性化”的用电智能管理功能，它不仅自动检测电机的负载变化，优化运行特性，提供“所需即所供”的供电方式，使电机节电率高达 15%-45%；同时，相控器能有效减少电机对电网的冲击，降低电网无功损耗，提高电网运行效率。

相控器以其独特的微电脑负载监测系统，辅以电压、电流功率输出反馈控制系统，能按负载的变化及时地控制电机的输出功率，也就是当负载变化时，节电器提供给电动机的输入功率也随之变化，保持与负载相匹配，从而使电动机始终工作在最佳电压、电流和功率因数状态下。

相控器在硬件选型上，务求其可靠性。目前采用的微处理器芯片及集成式双置晶闸管技术，都是技术成熟性高、可靠性强的技术及产品。该产品密封工艺很先进，可在日晒雨淋及其他恶劣环境下安全运行，在 -30℃至85℃温度范围内带上额定负载稳定工作，使用寿命达15年之久。

相控器产品标准《 QB-PhasCon Controller技术标准》成为全国该类产品技术标准的参考标准。

五、相控器的典型应用

相控器可广泛应用处于轻载负荷或负载变化较大状态下运行的交流感应电机的节能与优化控制，可以有效解决“大马拉小车”状态下电机本体的浪费问题。

相控器典型的应用领域包括：

1. 负载变化较大且不允许速度变化的设备

：如港口皮带输送机、煤矿皮带输送机、水泥皮带传送设备、电动扶梯、不带变频器的升降电梯、轧钢设备、各类工业输送机械等。

2. 变负载设备：如中央空调主机、六角机床、碾磨机、研磨机、成形机、冲床、抛光机、悬垂机、压机、切削机、压缩机、油井抽油机、电动衣车、食品搅拌机、塑胶开炼机/密炼机、注塑机、锻机、板机混凝土成型机、橡胶成型机、化工工业设备、农用设备、纺织机械、造纸设备、工业机械、食品及其它重工业机械。

一般情况下，相控器不适用于风机或水泵的节电控制。

怎样判断一个应用是否为一个好的应用？

1. 看标称电流与实际运行电流是否差别较大，差别越大，节电效果就越好；

2. 看功率因数，电机的功率因数低于0.6以下，就会获得比较好的节电效果；

3. 看运行电压，运行电压高出380V，如夜间运行时段或变压器容量富余的用户，在应用相控节电器后会有比较好的节电效果；

4. 对于负载率超过75%的电机，将不是一个好的应用，因此，要注意避免在负荷率大于75%以上的电机使用相控节电器。